亭子口电站机组状态在线监测系统及其应用

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

1 引言

嘉陵江亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，嘉陵江干流的中游上段，是嘉陵江干流开发建设中唯一的骨干控制性工程。该工程以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等综合利用效益，对减少三峡水库泥沙淤积具有不可替代的作用。电站总装机容量110万kW，设计年平均发电量29.51亿kW·h～31.75亿kW·h，是川东北地区规模最大的具有年调节能力的大型水电电源。2014年5月1日，四台机组相继投产发电。由北京华科同安公司生产的机组状态在线监测系统随机组投入运行，型号为TN8000-STA。

2 系统的结构、功能和特点

TN8000-STA型机组状态在线监测系统由传感器、智能数据采集箱和系统软件组成。该系统主要通过监测与水轮发电机组稳定性有关的参数，如大轴摆度、机架振动、压力脉动等，实时监视水轮发电机组的运行状态，有助于准确诊断异常状况、及早发现故障隐患、优化机组运行、科学制定检修维护计划，避免被迫停机而造成损失。

2.1 系统的总体结构

机组状态在线监测系统硬件总体结构如图1所示。

该系统建立在公司局域网平台上，其网路结构如图2所示，信号处理流程如图3所示。

2.2 系统的功能

2.2.1 实时状态监测功能

现场传感器输出的信号通过多芯屏蔽电缆连接到TN8000系统的输入接线端，再通过专用的9芯电缆送到各采集模块，由采集模块进行预处理和采集，转换成数字信号，再通过总线传送到系统板，然后进行大量的在线信号处理和加工，得到反映机组运行状态的各种特征参数和部分原始数据。再以结构图、数字、棒图、数据表格、趋势等形式实时显示机组的振动、摆度值。

2.2.2 故障报警功能

采集的实时数据对照各测点的设置规范允许值，对显示的数据应用不同颜色区分报警和正常值。通过对机组运行数据的判断，警示机组是否允许在危险工况点运行。

2.2.3 数据管理与事故追忆功能

该系统具有强大和完备的数据库管理功能，能全面记录机组稳态、瞬态数据，提供黑闸子记录功能，可完整记录机组任何异常信息，确保机组发生事故时能提供完整、详尽的数据供参考分析。可根据机组运行状态的变化提供实时数据库、历史数据库、开停机数据库、异常数据库和备份数据库。

2.2.4 趋势分析功能

图1 机组状态在线监测总体结构

图2 网络结构示意

图3 信号处理流程

该系统能提供完善的相关趋势分析功能，可以分析任意两个或多个参数之间的相互关系，可以显示所有监测参数的实时趋势和历史趋势，有利于运行人员及时掌握机组最新的运行状态和特征。

2.2.5 输出功能

TN8000机组状态在线监测系统可向外输出各监测参数的4-20mA量，并向外提供振动和摆度的二级报警继电器。

2.3 系统的特点

机组状态在线监测系统核心部件为TN8000数据采集处理单元。该数据采集箱采用模块化结构，根据采集测点的不同，如摆度、振动、压力、转速、相位等参数，配有摆度模块、振动模块、压力模块、键相模块、模拟量输出模块、继电器输出模块、系统板、存储模块等，对机架振动、大轴摆度、压力脉动、空气间隙等信号同步采集，确保数据采集实时、同步、完整。并且采集箱内提供导轨以便于热插拔，具有安装、维护、更换方便、可靠性好、配置灵活的特点。

3 系统运行情况

TN8000机组状态在线监测系统是北京华科同安公司针对亭子口公司水轮发电机组的特点和水电站生产实际需要，设计研发的新一代集成化和网络化水电机组在线状态监测系统。通过一段时间的运行及后期的硬件、软件升级改造，尤其是在夜间为了满足系统电压稳定，机组长期小负荷运行，工况较为恶劣，专业人员通过对机组各参数的实时分析，判断机组的运行工况是否异常，提前预判机组存在的问题，及时发现及时采取预防措施，积极参加机组巡回检查，为机组安全稳定运行提供了保障。该系统还可实现对水轮发电机组运行状态进行全方位的在线监测、分析和诊断，及时掌握机组的健康状况，优化机组运行，指导机组检修，为实现状态检修提供了坚实的技术基础。